(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
泡原液、水、及び空気を含む混合流体の流路内に絞り部を有し、
上記絞り部は、固定部と、この固定部の下流側に位置する可動部と、この可動部をこの固定部に向って付勢するばね部材とを備え、
上記固定部と可動部とは、相互に対向する対向面をそれぞれ有し、
それぞれの上記対向面に挟まれた間隙は、上記混合流体が通過する絞り流路部を形成し、
上記可動部は、上記混合流体の流量の増減に対応して、上記間隙を増減するように移動するようになっており、
上記固定部の外周は、上記混合流体の流路の内壁に固定され、
上記可動部の外周は、上記混合流体の流路の内壁に摺動自在に挿入され、
上記対向面は、それぞれ上記混合流体の流路の軸方向と直交し、
上記固定部及び可動部には、上記流路の軸方向から見て相互にずれた位置に貫通孔がそれぞれ設けてあることを特徴とする消火用泡の発泡装置。
【請求項２】
請求項１に記載の消火用泡の発泡装置において、
上記固定部の貫通孔は、この固定部の外周部に形成してあり、
上記可動部の貫通孔は、この可動部の中心部に形成してあることを特徴とする消火用泡の発泡装置。
【請求項３】
請求項２に記載の消火用泡の発泡装置において、
上記固定部の上流側面の中央部には、上記混合流体の圧力損失を低減するノーズコーンが設けてあることを特徴とする消火用泡の発泡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消火用泡の放射流量が減少しても、泡の発泡効率が低下しない消火用泡の発泡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、石油タンクや化学工場等の火災の消火には、水が使用できないため、消火用泡による消火が行われている。この消火用泡を作り出す方法として、「自由混合型」と「高圧の予混合型」との２とおりの型が有る。「自由混合型」は、まず泡原液と水とを混合させて、一定の圧力の消火剤水溶液を作り、これを放射ノズルから放出する。ここで発泡に必要な空気は、放射ノズルから放出される消火剤水溶液の負圧を利用して、この放射ノズルに設けた開口孔から吸い込むアスピレータ・タイプと、放射ノズルから放出された消火剤水溶液が、空中を飛んでいく過程で周囲の空気を巻き込むノン・アスピレータ・タイプとの２種類がある。
【０００３】
一方「高圧の予混合型」は、泡原液と水と空気とを、一定の圧力で混合させて発泡させ、この発泡させた消火用泡を放出ノズルから放出する。この「高圧の予混合型」は、上述した「自由混合型」と異なり、泡原液と水との混合比だけでなく、これらと空気との混合比も制御できること、攪拌機能を持った混合器等によって「自由混合型」より細かく均一な消火用泡を発生させることができること、さらに高圧で放出することによって高い運動エネルギを有する消火用泡が得られること等、多くの優れた特性を有している。
【０００４】
ところで「高圧の予混合型」では、泡原液と水と空気とを混合する混合器を設け、この混合器において、絞り流路部、すなわち流路面積を小さくした部分を設けて流速を増大させ、これにより乱流を発生させて、液体である泡原液及び水と、気体である空気とを混合させて発泡させている。ここで「高圧の予混合型」では、混合器において、如何にして、消火用泡を細かく、かつ均一に発泡させるかが重要となる。この目的のため、本願出願者等は、既に、泡原液と水と空気とを混合させるときに、これらを同時に、かつ互いに直行するように導入すると共に、この混合液の吐出流路内に、突起部や小孔を設けた邪魔板を配置する混合器を提案した（特許文献１参照。）。また「高圧の予混合型」では、泡原液及び水の混合液と空気とを混合させる際に、混合させる両者の圧力が相違すると、消火用泡の発泡割合が変動する。すなわち発泡割合が高くなると、いわゆるドライな泡になり、発泡割合が低くなると、いわゆるウエットの泡となる。このため混合器に流入する両者の圧力が変動しても、消火用泡の発泡割合を目的の値に維持させるため、互いに平行に配置した２枚の板に挟まれた間隙に、泡原液及び水の混合液と、空気とを流入させて、両者を混合させる混合器が提案されている（例えば特許文献２参照。）。なお特許文献２には、２枚の板に挟まれた間隙を、手動で増減させて、消火用泡の混合割合である発泡割合を変化させる構成が記載されている。
【特許文献１】：特願２００７−２５６４７５（明細書の１〜９頁、図１１等。）
【特許文献２】：米国特許第６、２１７、００９号（１〜７頁、図２等。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の手段には、さらに次の改良すべき課題ある。すなわち特許文献１に記載の手段では、消火用泡の放射流量が一定の設計値範囲内であれば、消火用泡を所定の発泡効率で発生させることが可能となる。しかるに火災の激しさや規模、消火位置までの距離や高さ、あるいは消火対象の構造等によっては、効果的な放射流量が相違する。このため消火対象によって、消火用泡の放射流量を増減することが必要となる。また水源の性質や水源からの距離等によっては、十分な水量を得ることが困難で、所望の消火用泡の放射流量を確保できない場合もある。
【０００６】
ところが特許文献１に記載の手段では、混合器内の絞り流路部の流路面積が一定であるため、消火用泡の放射流量が減少すると、この絞り流路部における流速が減少し、十分な乱流を発生させることができなくなる。このため消火用泡の発泡効率が低下し、消火用泡の気泡サイズが大きくなって数が減少したり、流体との均一な混合が得られなくなったりする。したがって、火災を十分な消火用泡で覆って、効果的に消火することが困難となる。一方消火用泡の放射流量が過大になると、混合器内の絞り流路部における流速が過大になって、圧力損失が増大して放出ノズルの放射圧力が低下し、消火用泡の放射距離が減少する。
【０００７】
一方特許文献２に記載の方法では、混合器に流入する泡原液及び水の混合液と、空気との流入圧力が互いに相違した場合に、消火用泡の発泡割合を目的の値に維持することができたとしても、放射流量自体が減少すれば、２枚の板で挟まれた間隙における流速は減少し、特許文献１に記載の混合器と同様に、消火用泡が十分発泡せず、発泡効率が低下してしまう。また消火用泡の放射流量が過大になると、圧力損失が増大する。なお上述したように、２枚の板に挟まれた間隙を手動で増減させることによって、この間隙における流速の変化を相殺することも考えられるが、一時を争う消火現場において、消火用泡の放射流量の増減に合わせて、迅速かつ適正に間隙を調整することは、極めて困難である。
【０００８】
そこで本発明の目的は、放射流量が減少しても、消火用泡の発泡効率が低下しない消火用泡の発泡装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成すべく、本発明による消火用泡の発泡装置の特徴は、泡原液、水、及び空気を含む混合流体が通過する絞り部の流路面積が、この混合流体の流量の増減に対応して、自動的に増減することを特徴とする。
【００１０】
すなわち、本発明による消火用泡の発泡装置は、泡原液、水、及び空気を含む混合流体の流路内に絞り部を有し、この絞り部は、固定部と、この固定部の下流側に位置する可動部と、この可動部をこの固定部に向って付勢するばね部材とを備えている。上記固定部と可動部とは、相互に対向する対向面をそれぞれ有し、それぞれの上記対向面に挟まれた間隙は、上記混合流体が通過する絞り流路部を形成する。そして上記可動部は、上記混合流体の流量の増減に対応して、上記間隙を増減するように移動する。
【００１１】
上記固定部の外周を、上記混合流体の流路の内壁に固定すると共に、上記可動部の外周を、この混合流体の流路の内壁に摺動自在に挿入する。そして上記対向面を、それぞれ上記混合流体の流路の軸方向と直交させて、上記固定部及び可動部に、上記流路の軸方向から見て相互にずれた位置に貫通孔をそれぞれ設けるように構成されている。
【００１２】
上記固定部の貫通孔を、この固定部の外周部に形成し、上記可動部の貫通孔を、この可動部の中心部に形成することが望ましい。この場合には、固定部の上流側面の中央部に、混合流体の圧力損失を低減するノーズコーンを設けることが好ましい。なお、上記可動部の下流に、上記混合流体を攪拌する攪拌部材を設けるようにしてもよい。
【００１３】
ここで「泡原液」とは、水と空気とを加えて混合することによって、空気の気泡を発生させる物質を意味し、例えば合成界面活性剤、泡消火薬剤、水成膜泡消火薬剤、蛋白質消火薬剤、及びフッ素蛋白消火薬剤が該当する。「絞り部」とは、泡原液、水、及び空気を含む混合流体の流路内において、流路面積を小さくした構成を意味する。例えば、それぞれ開口孔を有する２枚の平板を、所定の間隔を隔てて、流れ方向に直交するように流路内に配置したもの、あるいは流路の直径を直角の段付き状に拡径して、この拡径した部分を、所定の間隔を隔てて、平板で覆うようにしたものが該当する。「固定部」とは、上記混合流体の流路内に固定された構成を意味し、例えば流路内に設けた平板であって、上記混合流体が通過する所定の開口部を設けたもの、又は流路の直径を直角の段付き状に拡大した部分の内壁が該当する。また「可動部」とは、上記混合流体の流路内において、流れ方向に移動自在な部材を意味し、例えば流路内に摺動可能に挿入した、円盤やピストン状の部材であって、上記混合流体が通過する所定の開口部を設けたものが該当する。
【００１４】
「ばね部材」とは、圧縮力を付勢する圧縮ばねの他、引っ張り力を付勢する引っ張りばねを意味し、ばね部材としては、例えばつる巻きばね、板ばね、ダイヤフラム、あるいは空気ばねが該当する。「相互に対向する対向面」には、平面同士が対向する場合の他、小径の流路から大径の流路に段付きに変化する部分において、この段付き部の円周縁と、この円周縁に対向する平面等が該当する。「絞り流路部」とは、上記絞り部において、流路面積が最小になる部分を意味する。
【００１５】
「上記混合流体の流量の増減に対応して、上記間隙を増減するように移動する」とは、混合流体の流入量が増加すると、この流入量の増加に応じて、上記間隙が自動的に増加し、逆に流量が低下すると、この流量の低下に応じて、上記間隙が自動的に減少することを意味する。
【００１６】
「上記流路の軸方向から見て相互にずれた位置に貫通孔」とは、各貫通孔が当該軸方向から見て一部が重なる位置にあっても相互にずれた位置にあればよいことを意味する。また、ここで「絞り流路部の流路面積」とは、流体の流れ方向に直交する流体の断面積を意味する。例えば絞り流路部を、２枚の平板を所定の間隙を隔てて、混合流体の流路の軸方向に直交するように配置して構成し、混合流体を、上流側の平板の周辺に設けた開口から、この間隙内に流入させ、次いで下流側の平板の中央に設けた開口から流出させる場合には、「絞り流路部の流路面積」とは、２枚の平板で挟まれた間隙の幅と所定の直径とを有する円柱の、円周表面の面積を意味する。すなわちこの間隙内において、混合流体は、周辺から流入して、中心部に向って集合するため、この流れ方向に直交する流体の断面積とは、この間隙の幅を有する円柱の円周表面の面積になる。
【００１７】
したがって、この場合の「絞り流路部の流路面積」は、直径が小さくなるに従って少なくなり、図式的には、下流側の平板の中央に設けた開口と、ほぼ同じ直径を有する円柱の円周表面の面積が、最少流路面積となる。
【００１８】
「固定部の外周部に形成」とは、固定部の外周縁をきり欠いた場合の他、固定部の外周の内側に、この外周に沿って開口孔を設けた場合も含む。「可動部の中心部に形成」とは、可動部の中心付近に１の貫通孔を設ける場合の他、可動部の中心の周りに、比較的小さい複数の貫通孔を設ける場合も含む。「攪拌部材」とは、可動部から流出する発泡液の流れを急変させたり衝突させたりして、さらに発泡を促進する部材を意味し、例えば流路内壁に設けた多数のフィンや、流路内に挿入した小径の貫通孔を多数設けた平板等が該当する。
【００１９】
次に本発明による消火用泡の発泡装置の作用について説明する。単に泡原液と水と空気とを混合しただけの場合には、液体である泡原液及び水と、気体である空気とは、十分に混合せず、気泡のサイズが大きくて数も少なく、また均一に混合しない。そこでこのような混合液を、流路面積を小さくした絞り流路部に通すと、流速が増加して乱流を生じさせ、気泡と液体との混合が促進されて、多数の微小な気泡となり、気泡のサイズや分布が均一となる。
【００２０】
ところで泡原液と水と空気との混合流体が、固定部と可動部とに挟まれた間隙からなる、流路面積を小さくした絞り流路部に流入すると、この可動部の上流側面には押し込み圧力が掛かり、この可動部の下流側面には、噴射ノズルで開放される低圧が掛かる。このため可動部には、下流側に向って押す力が発生する。ここで泡原液と水と空気との混合流体の流量が増大すると、可動部の上流側面に掛かる押し込み圧力が増大し、逆に流量が減少すると、可動部の上流側面に掛かる押し込み圧力は低下する。
【００２１】
そこで可動部を、固定部に向って付勢するばね部材で支持すると、混合流体の流量が減少した場合には、可動部の上流側面に掛かる押し込み圧力が低下するため、このばね部材の付勢力によって、この可動部が上流側に移動し、固定部との間の間隙が狭くなる。このため混合流体の流量が減少して、絞り流路部における流速が低下する分を、この絞り流路部の間隙が狭くなることによって相殺することができる。逆に混合流体の流量が増加した場合には、押し込み圧力も増加するために、この可動部が下流側に移動して、固定部との間の間隙が広くなる。このため混合流体の流量が増加して、絞り流路部における流速が増加する分を、この絞り流路部の間隙が広くなることによって相殺することができる
【００２２】
したがって混合流体の流量が増減しても、この流量の増減によって、固定部と可動部との間の間隙が自動的に増減するため、絞り流路部の流速は変動しない。
【発明の効果】
【００２３】
混合流体の流量が増減しても、この流量の増減によって、固定部と可動部との間の間隙が自動的に増減して、絞り流路部の流路面積を増減させることができる。したがって混合流体の流量が減少した場合には、絞り流路部における流速の低下を抑え、これによって発泡効率の低下防止することができ、微細で均一な消火用泡の発泡が維持できる。逆に混合流体の流量が過大になった場合には、絞り流路部における流速の増加を抑え、この絞り流路部において過大な圧力損失が発生しないようにして、放射ノズルの放射圧力が低下することを防止できる。
【００２４】
固定部と可動部との対向面を、それぞれ混合流体の流路の軸方向と直交するように配置して、この固定部と可動部とに、上記流路の軸方向から見て相互に重ならない貫通孔をそれぞれ設けることによって、混合流体の流れの方向を急激に転向させることが可能となり、これによって、絞り流路部内において、より強い乱流を発生させて、発泡効率を向上させることができる。
【００２５】
固定部の貫通孔を、この固定部の外周部に形成し、可動部の貫通孔を、この可動部の中心部に形成することによって、絞り流路部内において、混合流体を固定部の外周部から可動部の中心部に向って集合するようにして、混合流体の流れを相互に衝突させる状態にすることができる。したがって絞り流路部において、より強い乱流を発生させて、発泡効率を向上させることができる。
【００２６】
また可動部の下流に、混合流体を攪拌する攪拌部材を設けることによって、発泡をより増強することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１〜図４を参照しつつ、本発明による消火用泡の発泡装置について説明する。図１に示すように、本発明による消火用泡の発泡装置は、泡原液、水、及び空気を含む混合流体Ａの流路１内に、絞り部２を有している。なお泡原液は、例えば合成界面活性剤であって、水に対するこの泡原液の容積濃度は、０．１〜３％、空気と泡水溶液との容積混合比は、３〜２０であって、絞り部２の上流側圧力は、０．４〜１．０ＭＰａである。絞り部２は、平板からなる固定部３と、この固定部の下流側に位置する円筒形状の可動部４とを備えている。
【００２８】
固定部３は、鉄合金製であって、流路１の内壁に固定されており、図３に示すように、外周内側に、貫通孔３２が開口している。なお固定部３の上流側面の中央部には、混合流体Ａの圧力損失を低減すべく、半球状のノーズコーン３３が設けてある。一方可動部４は、鉄合金製のピストン状の部材であって、流路１の内壁に摺動自在に挿入されており、中央部に円形の貫通孔４２が開口している。また可動部４の下流側面には、つる巻きばね５が当接しており、この可動部を、固定部３の方向に向かって付勢している。
【００２９】
固定部３の下流側面と可動部４の上流側面とは、それぞれ流路１の軸方向に直交する対向面３１、４１を形成しており、両対向面に挟まれた間隙６が、流路面積が最も狭い、絞り流路部を形成している。なお可動部４の下流側には、流路１の内壁に、攪拌部材である矩形状のフィン７が、円周方向に複数個、かつ軸方向に２列配設してある。
【００３０】
次に図１と図２とを参照しつつ、消火用泡の発泡装置の作用について説明する。図１は、混合流体の流量が通常の場合を示しており、図２は、混合流体の流量が減少した場合を示している。まず図１から説明すると、混合流体Ａは、固定部３の上流から、この固定部の外周部に開口する貫通孔３２を介して間隙６内に流入する。間隙６内に流入した混合流体Ｂは、可動部４の中央部に開口する貫通孔４２に向って集中し、次いで、この貫通孔から下流側に流出する。
【００３１】
ここで間隙６内における流路面積は、固定部３の貫通孔３２の流路面積より小さく、かつ混合流体Ａの通常の流量において、十分に乱流が発生する流速になる面積に設定してある。ところで間隙６の幅は、この間隙に流入する混合流体Ａの押し込み圧力と、可動部４の下流側面に掛かる噴射ノズルの開放圧力とほぼ同等の水圧に、つる巻きばね５の付勢力を加えた力とが、バランスする位置となる。しかるに上述したように、間隙６内においては、流速が十分早く、流れの方向が、図１において水平−垂直−水平と急激に変化し、さらに固定部３の円周方向から可動部４の中央部に向って、相互に衝突するように流れるため、強力な乱流となり、微細で均一な消火用泡が発泡する。可動部４の貫通孔４２から流出した発泡流体Ｃは、その下流に位置する２列のフィン７によって攪拌され、さらに微細で均一な消火用泡を発泡させる。
【００３２】
図２に示すように、混合流体Ａの流量が減少した場合には、間隙６内に流入する流量も減少し、この間隙内への押込み圧力も減少する。このため、可動部４の上流側面に掛かる圧力は低下し、この可動部は、つる巻きばね５の付勢力に押されて、上流側に移動し、間隙６の幅を狭くする。したがって間隙６内に流入する流量が減少しても、この間隙が狭まることによって、この間隙内の流速の減少を相殺することができる。逆に混合流体Ａの流量が増加した場合には、間隙６内への押し込み圧力が増加して、この間隙の幅が拡がることによって、この間隙内の流速の増加を相殺することができる。
【００３３】
そこでつる巻きばね５の付勢力を、予め適切に設定しておくことによって、混合流体Ａの流量が増減しても、間隙６内の流速がほぼ一定になるようにすれば、混合流体Ａの流量が増減しても、常に一定の発泡効率を発揮させ、微細で均一な消火用泡を発泡させることができる。
【００３４】
図４は、図１〜図３に示す固定部３と可動部４とに設けた貫通孔３２、４２の形状と配置とを、他の形状と配置とに変更したものを示している。なお図１〜図３に示す部品や部位と同等のものは、参照の便宜等を図るため、図１〜図３に示す部品番号に、一律１００を加えた部品番号にしている。すなわち図４に示すように、固定部１０３には、３の円形の貫通孔１３２が、円周方向に等間隔に開口している。一方可動部１０４には、固定部１０３の３の貫通孔１３２の間と、中央部とに、４の円形の貫通孔１４２が開口している。なお図４に示すように、固定部１０３の３の貫通孔１３２と、可動部１０４の貫通孔１４２とは、流路１の軸方向から見て全て重なっていない。
【００３５】
固定部１０３の３の貫通孔１３２から流入した混合流体は、可動部１０４の対向面に妨げられて、ほぼ直角に方向を変え、この可動部の開口孔１４２から流出するときに、再度ほぼ直角に方向を変える。よって固定部１０３と可動部１０４とに挟まれた間隙内において、強力な乱流域が発生し、微細で均一な消火用泡が発泡する。なお図４に示した実施の形態にかぎらず、貫通孔１３２と貫通孔１４２との一部分が、上記流路の軸方向から見て重なっていても、大部分が重なっていなければよい。
【００４２】
なお、ばね部材５は、可動部４等の下流側面を、固定部４、１０４の方向に押す、圧縮ばねになっているが、逆にこの可動部の上流側面を、この固定部の方向に引っ張る、引張りばねにすることも容易である。また図３に示す固定部３と可動部４との貫通孔３２、４２について、形状と配置とを互いに逆にすることも容易に構成できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明による消火用泡の発泡装置は、消火用泡の放射流量が減少しても、泡の発泡効率が低下しないため、消防等に関する産業に広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】流量が通常の場合の横断面図である。
【図２】流量が減少した場合の横断面図である。
【図３】可動部の下流側から上流側方向に見た断面図である。
【図４】可動部の下流側から上流側方向に見た他の実施の形態の断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１、１０１    流路
２            絞り部
３、１０３    固定部
３１、１３１  対向面
３２、１３２  貫通孔
３３          ノーズコーン
４、１０４    可動部
４１          対向面
４２、１４２  貫通孔
５            つる巻きばね（ばね部材）
６            間隙
７            フィン（攪拌部材）
【図１】
0005155719.tif 000002
【図２】
0005155719.tif 000003
【図３】
0005155719.tif 000004
【図４】
0005155719.tif 000005